花期噴施亞硒酸鈉對小麥生長特性及硒積累的影響

董石峰，孫敏*，趙劍敏，白雪，盧鵬飛，高志強，任愛霞，侯非凡，尹雪斌,2

(1.山西農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院，山西 太谷 030801；2.中國科學技術(shù)大學 蘇州研究院，江蘇 蘇州 215123)

硒是人體谷胱甘肽過氧化物酶等抗氧化物的重要組分，有利于增強免疫力，在健康恢復(fù)和癌癥防御上有重要作用[1，2]。植物硒是人體補硒的主要途徑，但我國72%的土地處于低硒或缺硒狀態(tài)，天然狀態(tài)下難以滿足人體對硒的需求[3，4]。通過增施外源硒可有效提高作物硒含量，是當前滿足人體硒需求的主要途徑之一[5]。小麥是我國主要的糧食作物之一，且相較于水稻、玉米有更強的硒富集能力，具有全民補硒的潛在價值[6]。前人在硒對小麥生長和硒積累上已有一定研究，適當濃度的硒可有效提高作物各器官硒含量，且隨施硒濃度的增加，出現(xiàn)先增高后降低的趨勢，而各器官硒積累量及分布則有所不同。陳玉鵬[7]、周鑫斌等[8]研究中，小麥各器官硒含量以根系最高，其次為穗部；而張妮等[9]研究表明，施硒后小麥穗部硒含量最高，根部最少。盡管硒不是小麥必需元素，但較多研究表明施硒可促進小麥產(chǎn)量的增加。宋家永等[10]研究表明，噴施亞硒酸鈉可提高小麥籽粒硒含量及產(chǎn)量；馮魁等[11]研究表明，于灌漿期噴施15～60 g·hm-2亞硒酸鈉可顯著提高春小麥千粒重、穗粒數(shù)達6%～15%、3%～8%，增產(chǎn)5%～16%。但付冬冬等[12]研究表明，隨施硒量的增加，小麥籽粒的產(chǎn)量出現(xiàn)降低的趨勢；唐玉霞等[13]等研究表明，基施0.5～2 mg·kg-1亞硒酸鈉對小麥產(chǎn)量的影響不顯著，而濃度為2～5 mg·kg-1時，小麥株高、千粒重降低，減產(chǎn)5%～15%。籽粒中有機硒含量及其占比是評判籽粒對人體有益程度的重要指標，目前小麥富硒生產(chǎn)中主要以有機硒的含量及占比為生產(chǎn)目標。有機硒成分對人體的功效也有所不同[14]，了解小麥籽粒中有機硒的成分含量及其所占比例，有利于完善小麥富硒生產(chǎn)技術(shù)，為富硒小麥的推廣提出更為詳細的評價標準。為此，本試驗通過噴施不同濃度亞硒酸鈉，研究其對小麥生長特性、產(chǎn)量要素和硒元素積累形成的影響，旨在明確施硒對小麥生長及硒元素積累特性的影響，探究小麥硒肥施用技術(shù)，為富硒小麥生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設(shè)計

本試驗于2017—2018年連續(xù)2年在山西農(nóng)業(yè)大學小麥研究基地進行，采用直徑32 cm、高40 cm的陶瓷盆進行盆栽試驗。供試土樣基本地力狀況為：有機質(zhì)10.64 g·kg-1，全氮0.72 g·kg-1，全磷28.32 mg·kg-1，全鉀102.06 mg·kg-1，全硒0.102 mg·kg-1，pH 8.4。土樣過篩(直徑10 mm)，土樣與沙子以3∶1混勻，每盆裝25 kg，同時基施5 g復(fù)合肥(N-P2O5-K2O=14-13-15)，品種為中麥175。于2017年10月1日播種，每盆播種16粒，出苗后定苗8株。返青期每盆追施純氮0.46 g。以保持盆內(nèi)土壤含水量70%為原則，平均每3 d稱重澆水。

試驗以亞硒酸鈉分析純試劑作為硒源，設(shè)施硒濃度8 mg·L-1(LSe)、16 mg·L-1(MSe)、24 mg·L-1(HSe)，不噴施硒為對照(CK)，共4個處理，重復(fù)10次，共40盆。于開花初期進行噴施，每盆噴施15 mL。

1.2 測定項目及方法

1.2.1 根系形態(tài)指標

于開花期、成熟期將根系分別從3個陶瓷盆中整體取出，將其表面的附著物清洗干凈，使用根系掃描儀(Epson Perfection V850 Pro)進行整盆根系形態(tài)分析。

1.2.2 各器官干物質(zhì)量測定

于成熟期將小麥整盆取出，分成根、葉、莖、穎殼+穗軸和籽粒5個部分，于105 ℃下殺青30 min，65 ℃下烘干至恒重，稱干物質(zhì)量。

1.2.3 籽粒產(chǎn)量的測定

于成熟期整盆收獲，風干后進行考種，記錄籽粒產(chǎn)量以及有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成要素。

1.2.4 各器官硒含量及籽粒中硒形態(tài)的測定

籽粒硒含量采用原子熒光光譜儀(海光AFS-9780)測定[15]；籽粒硒形態(tài)用高效液相色譜—電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(HPLC：SHIMADZU LC-20AT；ICP-MS：Thermo Fisher Series X2)測定[16]。

1.3 計算方法及數(shù)據(jù)分析方法

采用Excel 2016進行數(shù)據(jù)處理，用DPS軟件進行統(tǒng)計分析，用LSD法進行差異顯著性分析，顯著性水平取a=0.05。

各器官硒積累量=各器官硒含量×各器官干物質(zhì)量；

各器官硒積累量占比=各器官硒積累量/植株總硒積累量；

籽粒中各形態(tài)硒積累量=籽粒中各形態(tài)硒含量×籽粒干物質(zhì)量；

籽粒中各形態(tài)硒積累量占比=各形態(tài)硒積累量/籽粒硒積累量。

2 結(jié)果與分析

2.1 亞硒酸鈉對成熟期植株根系形態(tài)的影響

開花期噴施亞硒酸鈉處理較不噴施對照，增加了成熟期最大根長，顯著增加了根總長、根表面積、根體積(表1)。噴施低濃度較中濃度顯著增加了根直徑，較高濃度顯著增加了根表面積、根體積，噴施中濃度亞硒酸鈉較其他兩濃度顯著增加了最大根長、根總長，但顯著降低了根直徑?？梢?，開花期噴施低濃度亞硒酸鈉可有效緩解植株生育后期根系的衰老，提高根直徑、根表面積及根體積，而噴施中濃度亞硒酸鈉雖可增加根總長，根直徑卻降低。

表1 開花期噴施亞硒酸鈉對成熟期根系形態(tài)的影響Table 1 Effects of spraying sodium selenite at anthesis on root morphology at maturity

注:同列不同小寫字母表示在0.05水平下差異顯著。下同。

Note： Different letters in the same column indicate significant difference at 0.05. Same below.

2.2 亞硒酸鈉對植株干物質(zhì)量的影響

開花期噴施亞硒酸鈉處理較不噴施對照，顯著增加了成熟期根、葉干物質(zhì)量及根冠比，但噴施高濃度亞硒酸鈉顯著降低了穗干物質(zhì)量(表2)。根、莖、穗、整株干物質(zhì)量及根冠比以噴施低濃度亞硒酸鈉顯著最高，以噴施高濃度顯著最低。葉干物質(zhì)量以中濃度最高，但與低濃度差異不顯著?？梢?，開花期噴施低濃度亞硒酸鈉有利于促進干物質(zhì)積累，提高根冠比。

表2 開花期噴施亞硒酸鈉對成熟期植株干物質(zhì)量的影響Table 2 Effects of spraying sodium selenite at anthesis on plant dry weight at maturity

2.3 亞硒酸鈉對產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

開花期噴施低、中濃度亞硒酸鈉處理較不噴施對照，顯著提高了穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量，分別達9%～12%、1%～2%、8%～17%。且低濃度較中濃度顯著提高了千粒重和產(chǎn)量。噴施高濃度亞硒酸鈉處理較不噴硒對照降低穗粒數(shù)顯著，減產(chǎn)7%(表3)?？梢?，開花期噴施低濃度亞硒酸鈉主要通過提高穗粒數(shù)、千粒重，從而提高產(chǎn)量。

表3 開花期噴施亞硒酸鈉對產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 3 Effects of spraying sodium selenite at anthesis on plant yield and components

2.4 亞硒酸鈉對植株各器官硒含量及硒累積量的影響

開花期噴施亞硒酸鈉處理較不噴施對照顯著提高了成熟期各器官硒含量及其累積量，提高了根和葉硒累積量所占比例(表4)。隨著硒濃度的增加，根、莖、葉、籽粒中硒含量及莖硒積累量顯著提高，莖、葉硒積累量所占比例提高；而籽粒中硒積累量及其所占的比例降低?？梢姡ㄆ趪娛﹣單徕c可提高植株各器官硒含量，且隨硒濃度的增加而提高，但低濃度亞硒酸鈉更利于根、莖、葉中硒向籽粒中運轉(zhuǎn)。

表4 開花期噴施亞硒酸鈉對成熟期各器官硒含量及硒累積量的影響Table 4 Effects of spraying sodium selenite at anthesis on Se content and Se accumulation in different parts at maturity

2.5 亞硒酸鈉對籽粒中不同硒形態(tài)含量的影響

籽粒中有機硒形態(tài)主要為硒代蛋氨酸(占總硒的66%～72%)、硒代胱氨酸(占總硒12%～19%)及少量甲基硒代半胱氨酸，無機硒形態(tài)主要為硒酸鹽(占總硒的10%～22%)(表5)。開花期噴施亞硒酸鈉處理較不噴施對照顯著提高了籽粒各形態(tài)硒含量及其積累量，降低硒代蛋氨酸積累量所占比例。隨著硒濃度的增加，籽粒中硒代蛋氨酸及硒酸鹽含量顯著提高，硒酸鹽累積量及其所占比例顯著提高；而硒代胱氨酸含量顯著降低，硒代蛋氨酸、硒代胱氨酸積累量及其所占比例顯著降低，且低濃度存在少量甲基硒代半胱氨酸?？梢?，花期噴施亞硒酸鈉可提高籽粒各形態(tài)硒含量，且低濃度較中、高濃度更利于籽粒中有機態(tài)硒積累。

表5 開花期噴施亞硒酸鈉對籽粒中硒元素含量及其占比的影響Table 5 Effects of spraying sodium selenite at anthesis on Se content and ratio in grain

3 討論與結(jié)論

3.1 亞硒酸鈉對小麥生長發(fā)育的影響

硒是人體必需的微量元素，但對作物的必要性尚無定論，總體趨勢為低濃度促進，高濃度抑制。宋家永等[10]研究表明，灌漿期葉面噴施外源硒可有效提高小麥根系活性；劉新偉等[17]研究表明，施硒促進了小麥干物質(zhì)量的積累；唐玉霞[18]、邵志慧等[19]研究表明，使用濃度低于0.5 mg·L-1的亞硒酸鈉溶液浸種有利于小麥苗期的生長，濃度高于5 mg·L-1則出現(xiàn)抑制，有毒害效應(yīng)。本試驗中成熟期根系較開花期根長、根直徑、根表面積、根體積均降低，但施硒較對照可有效緩解根長、根表面、根體積的衰老，有利于維持地上部的生長。低、中濃度處理有利于地上部各器官發(fā)育，高濃度處理使地上部干物質(zhì)積累有所下降。隨硒濃度的增加，硒對小麥各器官生長發(fā)育的促進作用有所降低，這可能是由于適當?shù)奈芴岣咝←滙w內(nèi)谷胱甘肽過氧化物酶的含量，增加小麥的抗氧化性，促進小麥生長；而高濃度硒則會導(dǎo)致小麥體內(nèi)積累過量，引起小麥的過氧化反應(yīng)，增高了丙二醛等的含量，對小麥的生長有所抑制。

3.2 亞硒酸鈉對小麥產(chǎn)量及構(gòu)成要素的影響

前人關(guān)于硒對小麥產(chǎn)量影響的研究報道有所差異。匡恩俊等[20]研究表明，開花期噴施施亞硒酸鈉可增加小麥穗粒數(shù)和千粒重，促進產(chǎn)量的增加；張妮等[21]研究表明，施硒使小麥穗粒數(shù)和千粒重分別提高9%、6%，產(chǎn)量增加15%。劉紅恩等[22]研究表明，施加濃度為0.5 mg·kg-1的亞硒酸鈉時，促進小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成要素，而濃度為5～10 mg·kg-1時，則減產(chǎn)8%～29%。本試驗結(jié)果表明，開花期葉面噴施低、中濃度亞硒酸鈉時，促進了小麥穗粒數(shù)、千粒重的增加，分別達9%～12%、1%～2%，增產(chǎn)8%～17%；而高濃度顯著降低穗粒數(shù)，使小麥減產(chǎn)。低、中濃度處理下，小麥的不孕小穗數(shù)較少，主要增加了小麥的穗粒數(shù)，促進小麥增產(chǎn)，高濃度則由于顯著增加不孕小穗數(shù)，導(dǎo)致減產(chǎn)。小麥穗數(shù)主要受其生育前期發(fā)育的影響，本試驗亞硒酸鈉噴施時期為開花期，對穗數(shù)的影響并不顯著，但在基施外源硒的研究報道中，小麥穗數(shù)會出現(xiàn)隨硒濃度升高逐漸降低的趨勢[12]。

3.3 亞硒酸鈉對小麥硒積累、形態(tài)的影響

施加外源硒可顯著提高作物各器官硒含量，且隨硒濃度的增加而增加。李鳴鳳等[23]研究表明，施加外源硒后，籽粒硒積累量較其他器官最高；馮魁等[11]研究表明隨施硒濃度的增加，籽粒硒積累所占比例下降，硒利用率呈降低趨勢。本試驗研究表明，隨施硒濃度的增加，小麥各器官硒含量顯著提高，顯著提高根、莖、葉硒積累量，籽粒硒積累量占植株總硒比例隨施硒濃度的增加顯著降低，這與前人研究結(jié)果基本一致。此外，隨施硒濃度的增加，根、葉硒含量增長幅度較大，硒向籽粒中的轉(zhuǎn)移量下降。根、葉是小麥吸收外源硒的主要部位，增加硒濃度后，根、葉硒含量急劇增加，而籽粒硒積累量占比受到籽粒硒含量和籽粒產(chǎn)量的綜合影響，從而導(dǎo)致籽粒積累量占比有所用不同。

硒在植株體內(nèi)主要以硒酸鹽的形態(tài)存在，在葉中轉(zhuǎn)化為有機硒后向籽粒中運輸，但也有部分硒酸鹽直接進入籽粒中。小麥籽粒中的有機硒較無機硒安全性更高，利于人體吸收。有機硒不同的形態(tài)對人體的作用有所不同，硒代蛋氨酸有較強的抗病作用[14],硒代胱氨酸可以提高人體對腫瘤的抗性[24],甲基硒代半胱氨酸在緩解、治療癌癥方面有重要作用[25]。劉慶等[26]研究表明，施硒使籽粒有機硒達總硒的79%～82%，且隨硒濃度的提升，籽粒有機硒、無機硒含量增高，但有機硒含量占比有所降低。本試驗結(jié)果表明，開花期噴施亞硒酸鈉使籽粒有機硒含量達78%～90%，低濃度有機硒所占比例較中、高濃度高6.3%、11.6%，且存在對抗癌極有意義的甲基硒代半胱氨酸。隨施硒量的增加，籽粒有機硒占比逐漸降低，硒酸鹽含量有所上升。此外，施硒濃度對小麥硒形態(tài)存在形式及占比有所影響，但具體調(diào)控機制仍需進一步研究。